CN108701803A - 机电电路断路器和电池壳体 - Google Patents

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Abstract

公开了一种对故障状态为响应性的电断路器。热启动开关可以设置在断路器的第一端子与第二和第三端子之间。开关可以具有正常运行状态，在正常运行状态下，第一端子电连接到第二端子。开关可以具有故障状态，在故障状态下，第一端子电连接到第二端子和第三端子二者，使得电流的大部分在第一端子和第三端子之间流动，并且电流的少部分在第一端子和第二端子之间流动。断路器可以包括在第二端子和第三端子中之一与第一端子之间的正温度系数(PTC)电阻器。热启动开关可以集成到多种结构中，例如集成到可以容纳一个或多个单元的电池组中。

Description

机电电路断路器和电池壳体
相关申请的交叉引用
本申请要求美国临时专利申请号62/269,420和62/331,756的优先权，其全部公开内容通过引用全部并入本文并用于所有目的。
背景
技术领域
本领域总体上涉及机电电路断路器，特别地涉及三端断路器以及包含这种三端断路器的电气系统。本领域还涉及一种机电电路断路器可以与之集成的电池壳体。
背景技术
在各种类型的电气装置中，电路元件诸如电池(其可以包括一个或多个单元(cell，电池单元、电池单体))或其他部件可能经历负面地影响较大型电气装置的运行或可靠性的故障。例如，电路元件可能变得过热和/或可能经历过量的电流通过电路元件的过电流故障。这种超温和/或过电流故障可能降低装置的功能性、可靠性、寿命和/或安全性。因此，依然持续需要一种设备，其在运行期间当电路元件(诸如电池)经历超温和/或过电流故障时保护较大型电气装置。
发明内容
在一种实施方式中，公开了一种对故障状态为响应性(responsive to，对…敏感)的电断路器。断路器可以包括第一端子、第二端子和第三端子。断路器还可以包括设置在第一端子与第二和第三端子之间的热启动开关。该开关可以具有正常运行状态，在正常运行状态下，第一端子电连接到第二端子。开关可以具有故障状态，在故障状态下，第一端子电连接到第二端子和第三端子二者，使得在故障状态下，电流的大部分在第一端子和第三端子之间流动，并且电流的少部分在第一端子和第二端子之间流动。
在一些实施方式中，断路器可以包括在第一端子和第二端子之间的正温度系数(PTC)电阻器。热启动开关可以包括与PTC电阻器接触的双金属切换元件。双金属切换元件可以是圆顶形。热启动开关可以包括电连接到第一端子和双金属切换元件的可移动臂。当开关处于正常运行状态时，可移动臂可以电连接到第二端子。随着开关从正常运行状态变动到故障状态，双金属切换元件可以在形状上倒置(invert，倒转、反向)。双金属切换元件的倒置可以使可移动臂枢转或弯折以电连接到第三端子。开关可以被配置为当热启动开关的温度上升高第一阈值温度以上时从正常运行状态变动到故障状态。开关可以被配置为当热启动开关的温度下降到第二阈值温度以下时从故障状态返回到正常运行状态，第二阈值温度低于第一阈值温度。第一阈值温度可以在65℃至85℃的范围内。第一阈值温度可以在70℃至80℃的范围内。第二阈值温度可以在30℃至60℃的范围内。第二阈值温度可以在40℃至55℃的范围内。开关可以被配置为使得在开关从正常运行状态变动到故障状态之后，开关不会自动变动回到正常运行状态。PTC电阻器可以设置在第一端子和第二端子之间。PTC电阻器可以包括陶瓷PTC电阻器。
在另一实施方式中，公开了一种装置。该装置可以包括彼此串联连接的多个电池单元，多个电池单元中的每个电池单元都具有第一电池单元端子和第二电池单元端子。该装置可以包括连接到多个电池单元中的选定电池单元的第一电池单元端子的电断路器。电断路器可以包括第一端子、第二端子和第三端子。断路器可以包括设置在第一端子与第二和第三端子之间的开关(例如，热启动开关)。开关可以具有正常运行状态，在正常运行状态下，第一端子电连接到第二端子。开关可以具有故障状态，在故障状态下，第一端子电连接到第二端子和第三端子二者。该装置可以包括将第三端子与选定电池单元的第二电池单元端子电连接的旁路电路，使得在故障状态下，电流的大部分在第一端子和第三端子之间流动以提供绕所述选定电池单元的分流，并且电流的少部分在第一端子和第二端子之间流动。
在一些实施方式中，该装置可以包括在第一端子和第二端子之间的正温度系数(PTC)电阻器。热启动开关可以包括双金属切换元件。开关可以被配置为当热启动开关的温度上升到第一阈值温度以上时从正常运行状态变动到故障状态。开关可以被配置为当热启动开关的温度下降到第二阈值温度以下时从故障状态返回到正常运行状态，第二阈值温度低于第一阈值温度。第一阈值温度可以在65℃至85℃的范围内。第一阈值温度可以在70℃至80℃的范围内。第二阈值温度可以在30℃至60℃的范围内。第二阈值温度可以在40℃至55℃的范围内。开关可以被配置为使得在开关从正常运行状态变动到故障状态之后，开关不能变动回到正常运行状态。
在一种实施方式中，公开了一种电池壳体。电池壳体可以包括壳体本体，该壳体本体限定了大小和形状被设计成接收用于电池的单元的腔。电池壳体可以包括与壳体本体耦接的断路器，断路器包括开关。电池壳体可以包括在壳体本体的第一端部部分处且电连接到开关的第一电导体，第一电导体被配置为电连接到单元的第一电极。电池壳体可以包括在壳体本体的第二端部部分处的第二电导体，第二电导体被配置为电连接到单元的第二电极以限定第一电导体和第二电导体之间的第一电路径。电池壳体可以包括与壳体本体耦接的旁路导体，旁路导体电连接到开关和第二电导体以限定开关和第二电导体之间的第二电路径。
在另一实施方式中，公开了一种配置成接收用于电池的单元的电池壳体。电池壳体可以包括与电池壳体集成的三端断路器，三端断路器具有正常运行状态和故障状态。电池壳体可以在断路器处于正常运行状态时的通过单元的主电流路径。电池壳体可以包括旁路电流路径，该旁路电流路径被配置成当电路断路器处于故障状态时绕开单元。
在另一实施方式中，公开了一种配置成接收用于电池的单元的电池壳体。电池壳体可以包括与电池壳体集成的断路器，断路器具有正常运行状态和故障状态。第一和第二单元接触部可以被配置成电连接到单元的对应的第一和第二端子，断路器与第一单元接触部电连接。腔的大小和形状可以被设计成在第一和第二单元接触部之间接收单元。第一和第二单元接触部的尺寸以及腔的尺寸可以设计成使得单元通过无工具连接的方式电连接且机械连接到电池壳体。
在另一实施方式中，公开了一种配置成接收用于电池的多个单元的电池壳体。电池壳体可以包括大小和形状被设计成接收多个单元的腔。电池壳体可以包括在电池壳体上的多个单元接触部，每个单元接触部配置为电连接到多个单元中的对应单元的对应端子。多个断路器可以与电池壳体集成，多个断路器中的每个断路器都具有正常运行状态和故障状态。多个断路器中的每个断路器都可以电连接到多个单元接触部中的对应的单元接触部。
所有这些实施方式旨在落于本文公开的本发明的范围内。根据以下参照附图对优选实施方式的详细描述，这些和其他实施方式对于本领域技术人员而言将变得明显，本发明不限于所公开的任何特定优选实施方式。
附图说明
现在将参照以实例而非限制的方式提供的以下附图来描述本发明的具体实现。
图1A是根据一种实施方式的处于正常运行状态的电气系统的示意性电路图。
图1B是图1A所示的系统处于故障状态的示意性电路图。
图2A是根据一种实施方式的用于图1A-1B的实施方式中的电断路器在正常运行状态下的示意性侧剖视图。
图2B是图2A中所示的断路器的示意性电路图。
图3A是图2A的电断路器在故障状态下的示意性侧剖视图。
图3B是图3A中所示的断路器的示意性电路图。
图4是示出根据多种实施方式的示例性开关从正常运行状态跳转(trip，跳闸)至故障状态的电流和温度的图。
图5是示出根据多种实施方式的示例性正温度系数(PTC)电阻器的温度和电阻之间的关系的示意图。
图6A是根据另一实施方式的电气系统在正常运行状态下的示意性电路图。
图6B是图6A中所示的系统在故障状态下的示意性电路图。
图7是根据又一实施方式的可以用于模拟系统的性能的电气系统的示意性电路图。
图8A是根据一种实施方式的包含电路断路器的电池壳体的示意性俯视、前视和右视立体图。
图8B是图8A中示出的电池壳体的示意性底视、后视和左视立体图。
图9A是图8A-8B中所示的电池壳体的示意性俯视、前视和右视立体图，其中第一和第二电池单元设置在壳体中。
图9B是图9A的电池壳体和电池单元的示意性底视、后视和左视立体图。
图10A是图9A-9B中所示的电池壳体和电池单元的示意性俯视平面图。
图10B是图9A-9B和10A中所示的电池壳体和电池单元的示意性底视平面图。
图11A是电池壳体和电池单元的示意性俯视、后视和右视立体截面视图，其中截面沿着电池端子和第一单元接触部截取。
图11B是电池壳体和电池单元的示意性俯视、后视和右视立体截面视图，其中截面沿着第二单元接触部截取。
图12是根据多种实施方式的连接在一起的一串模块化电池壳体的后视和右视立体图。
图13A是根据多种实施方式的一串串联连接的电池壳体的示意性电路图。
图13B是根据多种实施方式的具有并联连接的两个电池壳体的电池壳体的示意性电路图。
图14是包括一串彼此串联连接的单元并具有降压-升压转换器的电池组的示意性系统图。
具体实施方式
三端断路器的实例
本文公开的多种实施方式涉及用于保护电气装置免于过热和/或免于过量电流的机电三端断路器。电气装置和系统可能具有众多电路元件，这些电路元件可能经历有可能对整个系统的性能或可靠性造成负面影响的故障状态(例如，超温和/或过电流故障)。例如，许多装置依赖于多个电池或电池单元(不管是串联、并联还是其组合连接)以向电气系统提供电力。电池通常是可再充电的，这使得用户能够在放电后再使用该电池，而不是购买新电池。例如，移动电子装置(诸如智能手机、平板计算装置、膝上型计算机等)利用高能量容量的可再充电电池(例如，锂离子电池)向电子装置提供电力以用于数小时运行的高性能计算。电动自行车、电动车辆和混合动力车辆也依靠高能量容量的电池来提供足够的电力以用于在长距离行驶范围运行车辆。太阳能发电系统通常使用电池来储存由太阳能电池产生的能量。本领域技术人员将意识到，对于众多类型的电气系统和装置，持续需求可靠且持久的电池。
这种电池供电系统的一个问题是一个或多个电池单元可能经历过高的温度(超温故障状态)和/或过量的电流(过电流故障状态)，这可能负面地影响整个电气系统的性能、可靠性和/或安全性。例如，在使用锂离子电池(例如，锂聚合物或其他类型的锂离子电池)的系统中，如果单元变得足够热导致溶液中的锂转化成固体并且使单元中的锂层短路，则单元可能经历热失控。在这种情况下，电池可能发生短路，并且可能导致过量的电流流入单元，致使单元的温度进一步升高。在某些情况下，过高的温度可能导致过热的单元削弱或中断较大型电气系统的运行。
某些类型的机电电路断路器可以通过将双金属开关与正温度系数(PTC)电阻器连接，例如并联，来解决超温和/或过电流故障状态。PTC电阻器是其电阻随着温度的升高而增加的电阻器，与传统的电阻材料相反。在某些断路器中，如果过量的电流流过特定的电路元件，例如电池，则双金属开关和PTC电阻器的温度升高。在阈值温度下，双金属开关可以跳转到倒置位置，致使开关断开。因而，在关于这种断路器的故障状态下，断开的开关可以中止或显著减少电流流经电路元件，以缓解处于故障状态的电路元件。然而，在一些布置中，可能不期望终止或显著减少电流流经整个电路。例如，如果电路元件与其他电路元件串联，则断开关于现有断路器的当前状态的开关可能导致终止或显著减少电流流经其他电路元件。
为了解决电路元件中超温和/或过电流故障的影响，同时保持与系统中其他电路元件的连接性，本文公开的实施方式提供了三端断路器，其在正常运行状态期间允许电流流经电路元件，但是其在故障状态期间使有问题的电路元件周围的电流的大部分(或全部)绕开(bypass，为…设旁路、旁通)或分流。例如，断路器可以包括第一端子、第二端子和第三端子，其能够连接到较大型电气系统的对应端子。断路器还可以包括设置在第一端子与第二和第三端子之间的热启动机械开关。开关可以具有正常运行状态，在该正常运行状态下第一端子电连接到第二端子。开关可以具有故障状态，在该故障状态下第一端子通过电阻器电连接到第二端子并且第一端子直接连接到第三端子。在一些实施方式中，开关可以包括双金属元件，诸如但不限于圆顶形双金属盘，其可以被启动以将开关从正常状态变动到故障状态，并且反之亦然。在一些实施方式中，可以在第二和第三端子中之一与第一端子之间提供正温度系数(PTC)电阻器。
图1A是根据一种实施方式的处于正常运行状态的电气系统1的示意性电路图。电气系统1可以包括负载L和串联连接的多个电池单元2a-2e。将理解的是，一系列电池单元的极性可以与图1A所示的极性相反，如同本文所公开的所有附图中的情况那样。单元2a-2e可以包括向负载L提供足够电力的任何合适类型的电池单元。例如，在一些实施方式中，电池单元2a-2e可以包括锂离子或锂聚合物电池单元。负载L可以包括任何合适类型的电气负载，诸如移动装置(诸如智能手机、平板计算装置、膝上型计算机等)的部件、车辆(诸如混合动力车辆或电动车辆)的部件、电能储存系统或任何其他合适的电气或电子系统的部件。在一些实施方式中，电池单元2a-2e可以用于太阳能发电和储存系统中的能量储存。应该理解的是，尽管电池单元2a-2e在图1A所示的实施方式中串联连接，但在其他布置结构中，单元也可以并联连接或串联和并联的组合连接。此外，尽管在图1A中示出了五个电池单元2a-2e，但是应当理解，可以使用任何合适数量的单元。
在图1A中，电断路器3连接到电池单元2c以保护电路免于故障状态。断路器3可以包括与正温度系数(PTC)电阻器5连接的开关4。在图1A的实施方式中，例如，开关4与PTC电阻器并联连接，但是在其他实施方式中，PTC电阻器可以以其他配置被连接。在所示的实施方式中，开关4是热启动机械开关，特别是双金属元件。如本文所解释的，PTC电阻器5可以包括电阻随温度升高而增加的电阻元件。PTC电阻器5可以是任何合适类型的PTC电阻器，包括陶瓷PTC电阻器或聚合物PTC电阻器。尽管示出的断路器3为电路提供免受故障状态的保护，但是应当理解，每个单元2a-2e(或其任何组合)可以连接到其自己的断路器以提供故障保护。如下面结合图1A所解释的，例如，旁路电路6可以围绕单元2c布线以在故障状况下将电流的所有或大部分从单元2c转移。
图1A中所示的系统1被示出为处于正常运行状态，其中，开关4将第一端子T1与第二端子T2电连接，该第一端子可以被认为是输入端子，该第二端子可以被认为是第一输出端子或主输出端子。如在图1A中所示，第一端子T1设置在开关4和相邻电池单元2d之间。第二端子T2设置在开关4与待保护免于故障状态的单元2c之间。在所示的实施方式中，PTC电阻器5与将第一端子T1与第二端子T2电连接的开关4并联。在电气系统1的正常运行期间，如果每个单元2a-2e向系统供应电压V，则串联连接的单元2a-2e共同向负载L供应5*V的电压。
电池单元2a-2e可以向负载L供应第一电流I1。在断路器3内，因为PTC电阻器5与开关4并联，所以第二电流I2可以流过开关4并且第三电流I3可以流过PTC电阻器5，其中I1＝I2+I3。在系统1的正常运行期间，开关4的电阻Rs可以显著小于PTC电阻器5的电阻RPTC。例如，在正常运行状态期间，PTC电阻器5的电阻RPTC可以在1欧姆至20欧姆的范围内，并且开关4的电阻Rs可以在1毫欧姆至10毫欧姆的范围内。因此，开关4的相对低的电阻Rs使得大部分的电流流经开关4而不通过PTC电阻器5。在一些实施方式中，例如，在正常运行期间，流经开关4且绕开PTC电阻器的第二电流I2可以大于流经PTC电阻器5的第三电流I3的100倍、1000倍或10,000倍。因此，有利地是，在正常运行状态期间开关4的相对低的电阻Rs不会降低较大型电气系统1的电性能。
图1B是图1A所示的系统1处于故障状态的示意性电路图。除非另有说明，否则图1B中所示的附图标记代表与如图1A中所示的那些相同的部件。如上面所解释的，在故障状态，单元2c可能经历过高的温度和/或过量的电流。如果温度和/或通过单元2c的电流超过预定温度和/或电流，则开关4可以从图1A所示的正常状态变动到图1B所示的故障状态。例如，如下面结合图2A-3B所解释的那样，在故障状态下，开关4可以从第二端子T2移动到第三端子T3。如图1B所示，第三端子T3可以提供绕开单元2c的到旁路电路6的电连接。因而，在故障状态下，开关4可以绕开单元2c(其经历超温和/或过电流故障)以提供第一端子T1和与单元2c相邻的单元2b之间的电连接。在故障状态下，电流的大部分绕开经受超温和/或过电流故障的单元2c，以防止单元2c的温度和/或通过该单元的电流进一步增加。
图2A是根据一种实施方式的可以在图1A-1B的实施方式中使用的电断路器3在正常运行状态下的示意性侧剖视图。图2B是图2A中所示的断路器3的示意性电路图。图3A是图2A的电断路器3在故障状态下的示意性侧剖视图。图3B是图3A中所示的断路器3的示意性电路图。如图2A和3A所示，断路器3可以包括机电装置，该机电装置包括壳体10，第一端子T1、第二端子T2和第三端子T3耦接到该壳体。壳体10可以包括电连接到第二端子T2且通过一个或多个互连件13电连接到PTC电阻器5的第一传导线12。壳体还可以包括沿着壳体10的顶侧的、电连接到第三端子T3的第二传导线14。
开关4可以包括可移动的(例如可枢转的或可弯折的)传导臂8和切换元件7。可枢转臂8可以通过接触来电连接到第一端子T1和切换元件7。例如，在图2A所示的正常状态下，可枢转臂8可以电接触切换元件7的中心部分。例如，在图2A中，可枢转臂8被示出处于正常状态，其中可枢转臂8的远端部分上的接触部15接触并电连接到第一传导线12和第二端子T2。在图3A中，可枢转臂8被示出处于故障状态，其中另一接触部16接触并且电连接至第二传导线14和第三端子T3。在故障状态下，可枢转臂8还可以在切换元件7的相反端部分电接触切换元件7。
可枢转臂8可以通过与切换元件7和PTC电阻器5接合来从正常状态变动到故障状态。例如，切换元件7可以包括机电或热机械切换元件，特别是圆顶形双金属元件，其响应于温度变化而改变形状。在正常运行期间，如图2A和2B所示，第一电流I1可以沿着可枢转臂8流动。电流的大部分I2通过第二端子T2、第一传导线12和可枢转臂8，而不通过PTC电阻器5。然而，小涓流电流I3(以虚线示出)从第二端子T2和第一传导线12通过PTC电阻器5和切换元件7到达可枢转臂8。如上面所解释的，在正常运行期间，绕开PTC电阻器5的电流I2可能比通过PTC电阻器5的涓流电流I3大得多。
如果断路器3的温度和/或通过的电流超过预定值，则断路器3可以从图2A-2B所示的正常运行状态变动到图3A-3B所示的故障状态。例如，如果切换元件7的温度超过可以在制造过程中进行选择和调节的特定温度阈值，则切换元件7可以从图2A的向下弯曲的形状切换到图3A的向上弯曲的形状。PTC电阻器5还可以使切换元件7的温度升高，因为过量的电流导致PTC电阻器5和与PTC电阻器5接触的切换元件7的温度对应的升高。当切换元件7的形状改变成图3A所示的向上弯曲的形状时，可枢转臂8的末端部分上的接触部16接触并电连接到第二传导线14和第三端子T3(或者在其他实施方式中直接连接到第三端子T3，未示出)。尽管切换元件7被示出为在正常状态下向下弯曲并且在故障状态下向上弯曲，但是应当理解，在其他布置中，断路器也可以被配置成使得切换元件7在正常运行状态期间呈向上弯曲的形状并且在故障状态期间呈向下弯曲的形状。
因而，在故障状态下，第一电流I1沿着可枢转臂8传递到第一端子T1。当PTC电阻器5的温度与单元2c(图1B)的温度一起升高时，PTC电阻器5的电阻RPTC对应地增加。由于随着温度升高PTC电阻器5的电阻RPTC增加，所以电流的大部分I2从第二传导线14和第三端子T3传递到可枢转臂8。第二电流I2通过沿着图1B所示的旁路电路6传递来绕开单元2c。然而，小涓流电流I3仍然从第一传导线12和第二端子T2通过PTC电阻器5和切换元件7(例如，在切换元件7的端部处)传递到可枢转臂8和第一端子T1。如下面关于图5另外详细解释的那样，涓流电流I3可以提供来自单元2c的少量电流的少量以使能基本的装置功能，因为由PTC电阻器5产生的热量在最初故障状态之后保持高温以防止开关4抖动(chatter，颤振)，即，防止在故障模式和正常运行模式之间反复切换。本领域技术人员将理解，在正常和故障状态下，通过PTC电阻器5的涓流电流I3可以具有不同的大小，并且在故障状态出现期间I3的大小可以改变。
图4是示出根据多种实施方式的示例性开关4从正常运行状态跳转至故障状态的电流和温度的图。特别地，图4是关于在可从加利福尼亚州里弗赛德的Bourns有限公司商购的KomatsuliteTM KCA系列A型断路器中使用的圆顶形双金属开关的电流相对温度的绘图。特别地，图4绘制了用于系列A型断路器的四种不同版本的电流相对温度的图。在图4中，线代表特定断路器跳转到故障状态的温度和电流组合。因而，每条线下方的区域指示正常状态，并且在线处及线上方的区域指示故障状态。如图4所示，开关4可以在相对高的温度下(即使在低电流下)和/或在相对高的电流下(即使在低温下)从正常运行状态跳转到故障状态。例如，取决于设计，当开关4达到在65℃至85℃范围内的预定温度时，或者更具体地，达到在70℃至80℃范围内的预定温度时，开关4可以从正常运行状态跳转到故障状态。
在一些实施方式中，使用PTC电阻器5可以提供多种优点。如本文所解释的，通过在最初故障状态之后保持升高的温度，PTC电阻器5可以使得开关4和断路器3能够以稳定的方式运行，使得断路器3不会在正常状态和故障状态之间高速率地抖动。此外，在某些情况下，PTC电阻器5的温度的降低可以有助于将断路器3从故障状态复位到正常运行状态。
图5是示出根据多种实施方式的示例性PTC电阻器的温度和电阻之间的关系的示意图。例如，如图5所示，在低于预定故障温度Tf的温度下，PTC电阻器5的电阻RPTC可以处于相对低的水平(但可以高于开关4的电阻RS)。当PTC电阻器5的温度达到预定的故障温度Tf时，电阻RPTC可以随升高的温度而显著增加。在图1A-3B的断路器3中，PTC电阻器5的升高的温度可以使与PTC电阻器5接触的切换元件7的温度进一步升高。因而，PTC电阻器5的升高的温度可以加速或以其他方式帮助致使切换元件7改变形状并跳转到图3A-3B所示的故障状态。
PTC电阻器5的对应高电阻RPTC可以使得大部分电流沿着可枢转臂8传递，同时保持涓流电流I3通过PTC电阻器5。当被绕开的单元2c的温度降低(例如，由于通过该被绕开的单元2c的电流减小)时，由于迟滞现象以及PTC电阻器5的电阻RPTC随着引起故障的较高温度而增加的事实，PTC电阻器5仍可以具有高电阻RPTC，并且因而产生其自身的热量以使切换元件(例如双金属元件)保持在故障状态的时间比不存在PTC元件时长。也就是说，即使PTC电阻器5的温度下降了显著的量，PTC电阻器5仍保持由故障状态引起的高电阻RPTC水平，直到温度下降到低于复位温度Tr。
有利地，图5中所示的迟滞现象可以防止断路器3以抖动模式运行。在抖动模式中，没有图5所示的迟滞现象，当温度降低(甚至略微地降低)时，双金属切换元件7的温度会降低并过早切换回正常运行状态。运行状态的增加的电流会再次使切换元件7的温度升高超过故障温度Tf，并且断路器可能反复地从正常运行状态切换到故障状态并且再次返回。这种抖动模式是不期望的，并且可能导致较大型电气系统1中的不稳定。
因此图5所示的迟滞现象允许PTC电阻器5保持高电阻和对应的相对高的温度，这可以将切换元件7保持在故障状态直到温度下降到复位温度Tr。而且，通过PTC电阻器的小涓流电流I3可以帮助使温度保持足够高以防止抖动。一旦断路器3的温度下降到复位温度Tr以下，PTC电阻器5的电阻可以降回到正常运行状态的电阻RPTC。在多种实施方式中，故障温度Tf可以在65℃至85℃的范围内，或者更具体地在70℃至80℃的范围内。在多种实施方式中，复位温度Tr可以在30℃至60℃的范围内，或者更具体地在40℃至55℃的范围内。
因而，图1A-3B的断路器3可以有利地使用与开关4连接(例如，并联)的PTC电阻器5以保持稳定的运行和故障状态。图1A-3B的断路器3可以有利地在一些布置中是可复位的，使得如果故障状况消退(例如，通过电流和/或温度的充分降低)，断路器3可以返回到正常运行状态。此外，如本文所解释的，断路器3可以稳定地变动到故障状态并返回到正常运行状态而不会抖动。
图6A是根据另一实施方式的处于正常运行状态的电气系统1的示意性电路图。图6B是图6A所示的系统1处于故障状态的示意性电路图。除非另有说明，否则图6A-6B的部件代表与结合图1A-3B所示和所描述的那些部件相同或大体上类似的特征。例如，如同图1A-1B的实施方式，可以提供断路器3以使电流绕开特定电池单元2c周围。然而，与图1A-3B的实施方式不同的是，在图6A-6B的实施方式中，断路器3可以是不可复位的。因而，在图6A-6B的实施方式中，一旦开关4从正常运行状态跳转到故障状态，开关4不会自动复位回到正常运行状态。因此断路器3可以用作不可复位的开关，其使经历故障状态的单元2c周围的电流转移。电池管理系统可以检测旁路单元2c上的电压下降，并且可以触发到用户的警告，所述警告为单元2c在非正常运行并且已经被分流出电路。用户可以通过更换或修理单元2c来响应警告，并且可以手动复位或更换断路器3。
在图6A-6B的实施方式中，断路器3可以不包括PTC电阻器，诸如图1A-3B所示的PTC电阻器5。在这种布置中，开关4可以包括随着断路器3的温度升高而改变形状(例如，倒置)的双金属切换元件(类似于切换元件7)。一旦断路器达到故障状态，开关4可以跳转以连接到第三端子T3以绕开单元2c。在不可复位的断路器3中，切换元件可以被成形为使得温度下降不会致使切换元件恢复回到正常运行状态。
又在其他布置中，不可复位的断路器3可以包括类似于图1A-3B中所示的那样的PTC电阻器，但是开关4(以及相关联的切换元件)的形状可以被选择成防止开关4在跳转到故障状态后恢复到正常状态。在这种布置中，PTC电阻器可以起作用以使双金属切换元件更快速地升温，以便触发故障状态。如上面所解释的，PTC电阻器还可以允许小涓流电流流过单元2c，以便使能关键的装置功能。
因而，在多种实施方式中，断路器3可以是可复位的，使得开关4可以以稳定、无抖动的方式在正常运行状态和故障状态之间来回变动。在一些实施方式中，断路器3可以是不可复位的，使得开关4在跳转到故障状态之后不会自动变动回到正常运行状态。
图7是根据又一实施方式的电气系统1的示意性电路图。在一些布置中，图7中所示的系统1可以用于模拟使用图1A-6B中公开的实施方式的系统的性能。在其他布置中，系统1可以在物理上实现(例如，使用分立式电气部件和/或集成电路/装置技术)以有效地如本文所述的三端断路器那样起作用。除非另有说明，否则图7的部件代表与结合图1A-6B所示和所描述的那些部件相同或大体上类似的特征。例如，系统1可以包括串联连接的多个电池单元BT1、BT2和BT3。断路器3可以电连接到待保护免于故障状态的特定单元BT2。如同图1A-3B的实施方式那样，断路器3可以包括与PTC电阻器5连接的开关4。在图7中，开关4可以与PTC电阻器5并联，但是在其他实施方式中，PTC电阻器5可以置于别处。随着开关4和/或PTC电阻器5的温度升高，PTC电阻器5的电阻RPTC对应地增加。此外，当温度和/或电流超过预定阈值时，开关4和/或PTC电阻器5的升高的温度可以致使开关4断开。
然而，与图1A-3B的实施方式不同，在图7的实施方式中，开关4可以不直接接触第三端子T3。相反，绕开单元2c的旁路电路6可以包括继电器20，该继电器在正常运行状态期间常开。在故障状态期间，当开关4跳转到故障状态时，感测电路30(其也可以包括电流感测电阻器、磁电流电阻器和/或温度感测热敏电阻器)可以检测断路器3上的电压降。感测电路30可以向继电器20发送信号以使继电器20关闭并且使受保护的单元2c周围的电流转移。因而，在图7的实施方式中，代替使开关4直接连接到第三端子T3，感测电路30可以基于断路器3上的电压降检测故障状态，并且可以使得继电器20连接到第三端子T3，同时开关4保持断开。
实例
已经开发了用于图7所示系统1的自动化测试，该自动化测试使用用于2.5Ah的三个3.6Vdc锂离子电池(对应于BT1、BT2和BT3)的专用测试板和外部固定件。测试板可以包括：三个电阻温度检测器(RTD)温度传感器，以Kelvin模式连接；外部固定件中的各个电池单元BT1、BT2、BT3；外部负载；以及待经由螺旋型端子块连接的断路器3。该实例测试中使用的断路器3是由加利福尼亚州里弗赛德的Bourns有限公司制造的KomatsuliteTM型号NR82CBO。端子块也可以用于以Kelvin方式连接外部电阻测量仪以用于测量RTD，并且三个其他的螺旋端子可以用于RTD上的护罩(shield，屏蔽、防护)的接地。
该测试可以被实现为将高电流常开的继电器20添加到断路器3，使得断路器3好像它具有单刀双掷(SPDT)切换动作那样起作用。监测断路器3上的电压降。在实例测试过程中，断路器3上的0.65Vdc或更高的电压致使继电器20闭合，指示跳转到断开断路器。断路器3上的0.5Vdc或更小的电压允许继电器20断开，指示复位断路器。该动作允许继电器20和断路器的接触部模拟SPDT开关。当断路器3闭合或不跳转时，三个单元BT1-BT3串联连接并且可以根据需要被加载。板上的240欧姆轻负载可以置于所有单元BT1-BT3上。外部附接的负载(例如，最高达10A)也可以连接在单元上。断路器3可以应用于保护串联的三个单元中的第二个或中心单元BT2。当断路器3由于过电流和/或过热故障而断开时，则第二单元BT2从串联的三个单元中被绕开并且在断开的断路器上变成短路以提供能量加热PTC电阻器5。该动作使断路器3保持断开，只要第二单元BT2具有使PTC电阻器5保持足够热以维持断路器3处于断开状态的电荷。当受保护的单元电压下降到断路器的PTC电阻器5充分冷却到允许断路器3复位的水平时，那么断路器3复位，并且外部继电器20断开。该动作再次将受保护的单元BT2返回到串联的三个单元中。可以实现该测试过程，以确定在断路器3跳转成断开之后，受保护的单元BT2可以在该单元BT2放电过多而不能继续这样做之前使断路器3保持断开多长时间。
软件也已经被实现以执行该测试过程。该软件可以被编程为具有计算机上的用户界面，并配置为自动测试图7的系统1。如果断路器3跳转，则软件反复地记录跳转的断路器的时间、每个单元BT1-BT3的电压、断路器3上的电压、连接的单元BT1和BT3上的总电压、通过PTC电阻器5的电流、受保护的单元BT2和断路器3的温度、其他单元BT1和BT3的温度和/或任何其他合适的数据。当下述状态的任何组合被满足时程序可以终止，例如：(1)BT1-BT3中的任何一个的电压下降到小于1.10Vdc，(2)断路器3复位到闭合状态(例如，如由小于0.2Vdc的断路器电压所指示)，(3)三个单元BT1-BT3中的任何一个的温度超过85℃，或者(4)断路器电流小于5mA(例如，由于断路器3发生故障)，和/或任何其他合适的预定状态。
测试板和系统1也可以用于给电池单元BT1-BT3充电。可以使用三个独立的充电源单独地同时给单元BT1-BT3充电，或者可以用使用三倍于单个单元的充电电压的单个充电源对三个电池单元BT1-BT3的整个一串一次性充电。在这种布置中，所有三个单元BT1-BT3通过施加恒定电流(例如，限于1A最大值)被单独地最初充电，最大电压为4.10Vdc。当特定单元上的电压达到4.10Vdc并且充电电流降至100mA时，充电被视为完成并终止。
在一些布置中，测试板和系统1可以用于使用12.3Vdc/1A的源以0.4C的充电速率测试三个单元BT1-BT3的充电。例如，如果系统1检测到软件由于断路器3已复位而终止或中断，并且如果BT2的电压为正，则软件可以启动三个单元BT1-BT3的充电。充电可以用1A电流在12.3Vdc的最大电压下在三个单元BT1-BT3上进行。因此系统1可以用作电池管理系统并且可以测量每个单元BT1-BT3的电压、所有三个单元的组合电压、每个单元BT1-BT3的安培电流以及温度。当以下状态的任何组合发生时，充电操作可以终止：(1)单元BT1-BT3中的任何一个的电压超过4.099Vdc；(2)电流下降到小于100mA；和/或单元BT1-BT3中的任何一个的温度超过50℃。
尽管本文公开的实施方式可以涉及使用电池的电气系统和装置，但应该理解的是，本文公开的断路器3可以与任何其他合适类型的电路元件一起使用。例如，本文公开的断路器3可以用于易受超温和/或过电流故障状态影响的任何电路元件。此外，本文公开的断路器3还可以用于无电池电力系统，包括直流(DC)和交流(AC)应用二者。
电池壳体的实例
在一些系统中，电池单元使用金属带状物或其他类型的电互连件连接在一起。带状物或其他互连件可以点焊、钎焊或以其他方式接合到单元的正极和负极端子。例如，柱形锂离子单元(诸如电动自行车中使用的那些)通常使用带状物互连件串联或并联地点焊至彼此。为了更换具有使用焊接接头、钎焊接头或其他类型的金属接合过程连接的单元，用户断开接头、更换电池单元并且使用期望的金属接合过程将连接重新接合到新电池单元。然而，金属接合过程诸如焊接、钎焊等可能需要过量的时间、设备和/或专业技能来形成接头。此外，即使在两个电池单元之间的金属接头提供了充分的电连接的情况下，互连件和接头也可能未以紧凑的方式被适当地容纳或包装。例如，在一些布置中，如果没有提供充足的包装，则互连件和/或接头可能变得缠结和/或可能翻折。在多种实施方式中，本文关于图1A-7公开的断路器3也可以与互连件和/或使用合适的金属接合过程的电池焊接、钎焊或以其他方式接合在一起。然而，如上面所解释的，这种金属接合过程可能是耗时且昂贵的，并且可能需要专门的专业技能。本文公开的电池壳体可以与上面结合图1A-7描述的任何断路器3结合使用。
因此，本文公开的多种实施方式使用模块化电池壳体，该模块化电池壳体包含具有上面结合图1A-7公开的功能和/或形式的电路断路器。电池壳体可以包括壳体本体，该壳体本体限定腔的大小和形状以接收一个或多个电池单元。具有开关的断路器(其可以与关于图1A-7公开的断路器3类似或相同)可以与壳体本体耦接或集成。第一电导体可以设置在壳体本体的第一端部部分处并电连接到开关。第一电导体可以被配置为电连接到电池的第一电池单元端子。第二电导体可以设置在壳体本体的第二端部部分处。第二电导体可以被配置为电连接到电池单元的第二电池单元端子，以限定第一电导体和第二电导体之间的第一电路径。旁路导体也可以与壳体本体耦接。旁路导体可以电连接到开关和第二电导体，以限定开关和第二电导体之间的第二电路径。
在正常状态，断路器可以被配置为使得所有电流沿着第一电路径流经第一电导体和第二电导体之间的电池单元。在故障状态(诸如超温和/或过电流状态)，断路器可以被配置为使得电流的大部分(或全部)绕开电池单元并且沿着开关和第二电导体之间的第二路径流动。在一些实施方式中，在故障状态电流的少部分流经电池单元。有利的是，本文公开的电池壳体可以使得用户能够简单地将电池单元卡扣在电池壳体的腔内，而无需执行任何金属接合过程，诸如焊接、钎焊等。此外，电池壳体为一个或多个电池单元提供紧凑的结构支撑，并且提供其中多个电池壳体可以彼此连接以提供串联或并联的任意数量的电池单元的模块化构造。壳体本体可以包括绝缘壁，该绝缘壁可以将传导部件诸如单元的绝缘体涂层壳体、单元接触部、模块化电池端子和传导段机械分离且电分离，以便防止壳体的部件彼此短路。壳体本体可以可替代地或附加地包括绝缘间隔元件，该绝缘间隔元件提供空气间隙以将传导部件诸如单元的绝缘体涂层壳体、单元接触部、引线和传导段机械分离且电分离，以便防止壳体的部件彼此短路。
图8A是根据一种实施方式的电池壳体100的示意性俯视、前视、右视立体图。图8B是图8A中示出的电池壳体100的示意性底视、前视、左视立体图。电池壳体100可以包括具有一个或多个壁110并限定腔102的大小和形状以接收一个或多个电池单元(参见图9A-9B)的壳体本体101。壳体本体101的壁110可以包括绝缘材料，该绝缘材料用作限定用于接收单元的托座(receptacle，插座、接收器)，并且电分离与壁110耦接或与该壁一起形成的传导材料。例如，壁110的绝缘材料可以包括塑料或聚合物材料、陶瓷材料等。
壳体本体101可以包括第一端部部分111(例如，顶部)和与第一端部部分111相反的第二端部部分112(例如，底部)。第一壁110a和第二壁110b可以在第一端部部分111和第二端部部分112之间延伸，并且可以沿着所示出的y轴线彼此间隔开足以接收电池单元的宽度的距离。第三壁110c和第四壁110d可以设置在相应的第一端部部分111和第二端部部分112处，并且可以沿着所示出的z轴线彼此间隔开足以接收电池单元的长度的距离。如图8A-8B所示，第三壁110c和第四壁110d中的每一个都可以包括开口117，电池单元的端子可以通过该开口暴露。腔102可以由第一、第二、第三和第四壁110a-110d限定。在所示的实施方式中，腔102可以通过限定在壳体100的两端(例如，左端和右端)上的z-y平面中的孔隙来访问。在其他实施方式中，可以在z-y平面中形成附加的壁以便形成完全封闭的壳体。在这种实施方式中，可以通过提供一个或多个门和/或通过第一壁110a和第二壁110b中的开口来访问腔102，该一个或多个门在插入和/或移除一个或多个电池单元时可以打开和关闭。
图8A-8B中所示的腔102的大小和形状被设计成接收两个电池单元，诸如两个柱形锂离子电池单元，但是应该理解，腔102可以被成形为接收其他类型、大小、形状或数量的电池单元。例如，替代地，腔102的大小可以被设计成接收仅一个电池单元，或者大小可以被设计成接收三个电池单元、四个电池单元、五个电池单元、六个电池单元、七个电池单元、八个电池单元或多于八个电池单元。此外，尽管图8A-8B中所示的腔102被示出成形为接收伸长的柱形电池单元，在其他布置中，腔102的大小和形状可以被设计成接收具有矩形、方形或多边形截面的电池单元，或者接收具有硬币轮廓的电池单元(例如，电池单元的高度或长度小于宽度或直径)。
有利地，壳体本体101和腔102的大小和形状可以设计成使得电池单元可以例如通过无工具连接的方式卡扣在壳体本体101中，无需任何工具将电池单元连接到壳体110。例如，在一些实施方式中，连接到电池单元的电池单元端子的单元接触部可以间隔开比电池单元的长度小的距离，使得电池单元可以卡扣在接触部之间(例如电池单元可以被推动至接触部之间并且可以使接触部偏离彼此)。在其他实施方式中，壳体本体101的长度(沿着z轴线)和/或宽度(沿着y轴线)可以被选择成略小于电池单元的相应长度和宽度尺寸。壳体本体101可以是充分顺应的(compliant，顺从的、弹性的)，使得用户可以将略大的电池单元(或多个电池单元)推入腔102中，致使壳体本体101弯曲以接收一个或多个电池单元。一旦一个或多个电池单元处于壳体100中，壳体本体101可以松弛以将一个或多个电池单元固定在腔102内。这种卡扣配合连接实现了相对简单的电池单元安装或更换过程，其中一个或多个电池单元通过卡扣配合连接的方式机械连接且电连接到壳体100。尽管本文描述了卡扣配合连接，但应该理解，单元和壳体之间可以使用其他无工具连接。此外，在一些实施方式中，可以使用任何合适的金属接合过程或材料将单元连接到单元接触部105a-105c。例如，在一些实施方式中，可以使用钎焊、焊接、传导环氧树脂等将单元接触部105a-105d连接到单元。这种金属接合连接可以用于减少连接的电阻和/或改善电池壳体的可靠性。
电池壳体100还可以包括第一模块化电池端子104a和第二模块化电池端子104b，每个模块化电池端子配置成与外部部件诸如另一模块化连接的电池壳体、电力负载等电连通。壳体100还可以包括配置成沿多种电路径引导电流的多个电导体，如结合图9A-12详细解释的。例如，壳体100可以包括第一传导段107a、第二传导段107b、第三传导段107c、第四传导段107d、第五传导段107e和第六传导段107f。第一单元接触部105a可以被配置为接触第一单元的第一电池单元端子，并且第二单元接触部105b可以被配置为接触第二单元的第二电池单元端子。类似地，第三单元接触部105c可以被配置为接触第一单元的第二电池单元端子，并且第四单元接触部105d可以被配置为接触第二单元的第一电池单元端子。壳体100还可以包括第一旁路导体106a和第二旁路导体106b。另外，第一断路器3a可以连接到第一传导段107a、第二传导段107b和第一旁路导体106a。第二断路器3b可以连接到第三传导段107c、第四传导段107d和第二旁路导体106b。
如本文所解释的，电池壳体100(其可以接收单个单元或多个单元)和导体可以限定用于电流流经壳体100和设置在壳体100中的一个或多个单元的多种电路径。电池壳体100可以包括与电池壳体100集成的三端断路器(例如，断路器3a、3b)。如上面结合图1A-7所解释的那样，断路器3a、3b可以具有正常运行状态和故障状态。当单元经受超温和/或过电流情况时，断路器3a、3b可以进入故障状态。当断路器处于正常运行状态时，电池壳体100可以限定通过单元的主电流路径。电池壳体100可以限定旁路电流路径，该旁路电流路径配置成当电路断路器处于故障状态时绕开单元。例如，在正常运行状态，断路器3a、3b的第一端子T1可以连接到第二端子T2，使得电流流经将T1连接到T2的开关，并且沿着主电流路径流经单元。在故障状态，第一端子T1可以移动成连接到断路器3a、3b的第三端子T3。在故障状态，电流的少部分(例如，小涓流电流)可以沿着主电流路径流动，并且电流的大部分可以沿着旁路电流路径流动。在一些布置中，在断路器3a、3b中提供有PTC电阻器。如上面所解释的，断路器3a、3b可以包括双金属开关，当单元处于故障状态时，该双金属开关可以从第二端子T2移动到第三端子T3。断路器3a、3b可以定位在电池壳体中的任何合适位置处以检测故障状态(例如，超温和/或过电流情况)并且当处于故障状态时使电流绕开单元。
尽管本文所示的电导体可以被描述为对应于单独的传导段或者接触部，但是应该理解，传导段或者接触部可以替代地由更少的传导段形成(例如，导体可以是连续的)。例如，尽管第一传导段107a被示出为与模块化电池端子104a分离开，但是在其他实施方式中，模块化电池端子104a可以直接连接到断路器3a而没有中间段，或者模块化电池端子104a可以通过连续的传导材料连接到断路器3a。类似地，尽管第二传导段107b被示出为与第一单元接触部105a分离开，但应该理解，断路器3a可以直接与单元接触部105a连接而没有中间段，或者单元接触部105a可以包括断路器3a和单元之间的连续的传导材料。类似地，断路器3b可以通过单元接触部直接连接到单元而不需要中间段107c和107d。并且，旁路导体106a、106b可以直接从断路器3a、3b连接到单元接触部105a、105b而不需要中间段(或通过连续的传导材料)。本领域技术人员会理解，多种类型的电气布线布置可以适合于使用本文公开的实施方式。
电导体(例如，传导段107a-107f、单元接触部105a-105d、模块化电池端子104a-104b和旁路导体106a、106b)可以耦接到壳体本体101或与该壳体本体一起形成。例如，在一些实施方式中，壳体本体101可以使用合适的过程，诸如注入成型、三维(3D)印刷等形成。导体可以连接到大小和形状被设计成接收导体的凹部，或者壳体本体101可以模制在期望的导体周围。在一些实施方式中，粘合剂可以用于将导体连接到壳体本体101。在其他实施方式中，整个电池壳体100(例如，包括绝缘壳体本体101和导体)可以使用能够将绝缘和传导结构同时限定在单个整体主体中的3D印刷过程来制造。
另外，如图8A-8B所示，第一连接器135a可以耦接到第二单元接触部105b或与该第二单元接触部一起形成。第二连接器135b可以耦接到第三单元接触部105c或与该第三单元接触部一起形成。第一连接器135a和第二连接器135b可以包括被配置为电连接到电池管理系统(BMS)的传导耳片或凸耳。例如，在一些实施方式中，第二单元接触部105b和第三单元接触部105c可以将电池单元的负极端子分别与第一连接器135a和第二连接器135b电连接。BMS(见图13A-13B)可以监测每个电池单元的电压，并且可以通知用户(例如，用警报或其他指示器)是否单元的电压升高或下降到不可接受的水平。例如，在一些实施方式中，BMS可以确定一个或多个电池单元是否已由于例如开关处于故障状态而被绕开。这样的通知可以警告用户应该更换电池单元。
图9A是图8A-8B中所示的电池壳体100的示意性俯视、前视、右视立体图，其中第一单元114a和第二单元114b设置在壳体100中。图9B是图9A的电池壳体100和单元114a、114b的示意性底视、前视、左视立体图。图10A是图9A-9B中所示的电池壳体100和单元114a、114b的示意性俯视平面图。图10B是图9A-10A中所示的电池壳体100和单元114a、114b的示意性底视平面图。图11A是电池壳体100和单元114a、114b的示意性俯视、后视、右视立体截面图，其中截面穿过模块化电池端子104a、104b和第一单元接触部105a截取。图11B是电池壳体100和单元114a、114b的示意性俯视、后视、右视立体截面视图，其中截面穿过第二单元接触部105b截取。
图9A-11B中所示的第一单元114a和第二单元114b是柱形电池单元(例如，锂离子电池单元)，然而如上面所解释的，电池单元可以包括任何合适的形状或轮廓，以及任何合适类型的电池单元。此外，如上面所解释的，尽管示出了两个单元114a、114b，但可以在壳体100中设置更多或更少的电池单元。例如，在一些实施方式中，电池壳体100的大小和形状可以被设计成接收单个单元。具有一个或多个单元的多个壳体可以以模块化布置连接在一起。在图9A-9B的布置中，每个单元114a、114b都包括第一电池单元端子113a(例如，正极端子)和第二电池单元端子113b(例如，负极端子)。单元114a、114b可以设置在壳体101中，使得第一单元114a的第一电池单元端子113a位于第一端部部分111处或附近，并且第一单元114a的第二电池单元端子113b布置在第二端部部分112处或附近。第二单元114b的第一电池单元端子113a可以设置在第二端部部分112处或附近、与第一单元114a的第二电池单元端子113b相邻。第二单元114b的第二电池单元端子113b可以设置在第一端部部分111处或附近、与第一单元114a的第一电池单元端子113a相邻。
图9A-9B示出了由电池壳体100限定的多种电路径P1-P7。在所示的实施方式中，路径P1-P7的箭头示出电子流动的方向(假设第一电池单元端子113a是正极端子)，本领域技术人员将理解其与用于电流的常规限定的方向相反。因而，为了在所提供的实例中预见电流的流动，所有箭头的方向可以反向。在其他实施方式中，取决于单元114a、114b相对于壳体100的极性，电子可以与所示出的方向相反地流动。
第一路径P1(图9A和10A)可以限定在第一模块化电池端子104a和断路器3a之间，该断路器可以包括类似于贯穿本公开内容所公开的那些开关。第一模块化电池端子104a可以被配置为提供与外部部件诸如另一电池壳体、电负载等的电连通。第一模块化电池端子104a可以设置在壳体本体101的外表面上，例如设置在第一壁110a的外表面上。然而，在其他实施方式中，第一模块化电池端子104a可以设置在壳体100的其他表面上并且可以包括其他形状和轮廓。例如，在其他实施方式中，模块化电池端子104a可以从壳体本体101向外延伸以促进电连接到外部部件。电流可以在第一模块化电池端子104a和第一断路器3a之间沿着第一传导段107a流动。如上面所解释的，在一些实施方式中，第一段107a可以是接合到模块化电池端子104a和断路器3a的单独的传导材料片。在其他实施方式中，第一路径P1被限定在模块化电池端子104a和断路器3a之间沿着连续的传导材料片。
第一段107a的一端可以电连接到断路器3a的第一端子，诸如结合图1A-3B和6A-7描述和示出的第一端子T1。例如，段107a可以焊接或钎焊到第一端子T1，或者可以以其他方式电连接。第二传导段107b可以电连接到断路器3a和第一单元接触部105a。例如，第二段107b的一端可以电连接到断路器3的第二端子T2，并且第二段107b的另一端可以电连接到第一单元接触部105a。如上面所解释的，在一些实施方式中，第二段107b可以包括单独的传导材料片，来自断路器3a和单元接触部105a。在其他实施方式中，断路器3a的第二端子T2和第一单元接触部105a可以包括连续的传导材料片。作为一个实例，如图11A所示，第二段107b可以被弯折以便延伸穿过第一单元接触部105a的孔隙，以将第二段107a固定到单元接触部105a并且提供到第一单元114a的第一端子113a的电连接。第一旁路导体106a可以电连接到断路器3a的第三端子T3和第三单元接触部105c，其连接到第三传导段107c(参见图9A、9B、10A和10B)。例如，第一旁路导体106a可以连接到断路器3a的第三端子T3以提供围绕单元114a的旁路路径。旁路导体106a可以附着到壳体本体101或与该壳体本体一起形成。
如上面结合图1A-7所解释的，断路器3a可以包括具有正常状态和故障状态的开关。在正常状态下，如上面结合图1A-7所解释的，断路器3a的第一端子T1可以连接到第二端子T2(参见图10A)。在这种布置中，在工作电流和/或温度在正常范围内的情况下，允许电流沿着第二电路径P2流经第一单元114a。例如，在正常状态，电子可以沿着路径P2从断路器3a(图9A)沿着第二段107b和第一单元接触部105a，经过第一电池单元端子113a流入单元114a，并且经过第二电池单元端子113b(图9B)并流入壳体100的第二端部部分112处的单元接触部105c和第三传导段107c。
第三单元接触部105c可以用于将电子从第一单元114a的第二端子113b传送到第三传导段107c。有利地，第一单元接触部105a和第三单元接触部105c中的每一个的大小都可以被设计成在不使用金属接合操作诸如焊接、钎焊等的情况下接触电池单元的相应端子113a、113b。替代地，如上面所解释的，单元接触部105a、105c和单元114a之间的电接触可以通过卡扣配合连接来提供，其中单元114a被推动到单元接触部105a和单元接触部105c之间。应该理解的是，尽管单元接触部105a、105c被示出为传导材料的盘状片，但在其他实施方式中，单元接触部105a、105c可以包括伸长的传导材料片。此外，尽管单元114a可以通过简单的卡扣配合连接机械连接且电连接到壳体100，但在一些实施方式中，用户可以附加地或可替代地执行接合过程(诸如焊接、钎焊等)来将端子113a、113b连接到单元接触部105a、105c，特别是用于可再充电电池。
因而，在较大型系统的正常运行期间，电流沿着第二路径P2流动(沿与所示箭头相反的方向)，即，流经单元114a。然而，如上面所解释的，在一些情况下，单元114a可能变得过热或者过多的电流可能流经单元114a。如上面结合图1A-7所解释的，如果温度和/或流经单元114a的电流超过多种预定值，则断路器3a可以进入故障状态，其中断路器中的开关5移动以将断路器3a的第一端子T1与第三端子T3连接。在这种故障状态下，电流的少部分仍然可以在第一端子T1和第二端子T2之间流动，并且沿着第二路径P2流经单元114a。然而，电流的大部分(或全部)沿着在断路器3a的第三端子T3和第三单元接触部105c之间延伸的第三路径P3在单元114a周围被分流或被设旁路。绕着单元114a分流大部分或全部电流可以防止单元114a被损坏并且可以延长单元114a的寿命。此外，在故障状态下，可以绕开单元114a而不使电流流向第二单元114b和较大型电气系统中断。有利地，图9A-9B中所示的布置可以在正常运行中使用去往和来自单元114a的较短的电路径P2，并且在故障状态下使用通过旁路导体106a的较长的旁路路径P3。较长的旁路路径P3可以具有比通过单元114a的路径P2高的电阻。在正常运行期间提供的相对低的电阻可以有利地减少产生热量的能量的损失。
如图10B所示，第一旁路导体106a可以接触第三单元接触部105c，其提供第一旁路导体106a和第三传导段107c之间的电连通。第三传导段107c可以限定在第二和第三路径P2、P3的接合处与第二断路器3b之间的第四电路径P4。例如，在正常状态下，电流可以沿着第二路径P2流经单元114a，并沿着第四路径P4和第三段107c到达第二断路器3b。在故障状态下，电流的大部分或全部(图1B中的I2)可以沿着第三路径P3和第一旁路导体106a流到第三单元接触部105c和第三段107c，并且电流的少部分(图1B种的I3)可以沿着第二路径P2流到第三单元接触部105c和第三段107c。组合电流(图1B中的I1)可以沿着第三段107c和第四路径P4流到断路器3b。
与第一断路器3a一样，第二断路器3b具有正常运行状态和故障状态。在正常状态下，第三段107c连接到断路器3b的第一端子T1，该第一端子又连接到断路器3b的第二端子T2。断路器3b的第二端子T2可以与第四传导段107d、第四单元接触部105d和第二单元114b的第一电池单元端子113a连接(见图10B)。因而，在正常状态下，电流沿着经过第四单元接触部105d和第二单元接触部105b之间的第二单元114b的第五路径P5流经断路器3b(见图9B)。
在故障状态(诸如超温和/或过电流故障)下，断路器3b的开关可以移动以将第一端子T1与第三端子T3连接，该第三端子可以与第二旁路导体106b的第一端连接。如同第一断路器3a，如果第二单元114b处于故障状态，则电流的大部分沿着第六电路径P6流经旁路导体106b，并且电流的少部分沿着第五电路径P5流经单元114b。如前所述，附图中的箭头表示电子流动的方向(假设113a为正极并且113b为负极)，使得电流在与所示箭头相反的方向上流动。
如图9A、10A和11B所示，第二旁路导体106b的第二端部可以连接到第五电段107e。另外，第二单元接触部105b可以连接到第五电段107e。沿着第五路径P5和/或第六路径P6流动的电流可以沿着第七电路径P7流经第五段107e和第六段107f到达第二模块化电池端子104b。第二模块化电池端子104b可以形成在壳体100的外表面上，例如在第二壁110b的外表面上。第二模块化电池端子104b可以被配置为提供与另一外部部件诸如另一电池壳体或电负载的电连通。如图11A-11B所示，通道116可以被限定成沿着壳体壁110的一部分并且大小和形状可以被设计成接收第六段107f。
图12是根据多种实施方式的包括连接在一起的一串120电池壳体100A-100D的电池组的右后立体图。有利地，图9A-11B中所示的电池壳体100可以提供模块化平台，通过该模块化平台可以将多个电池壳体电连接且机械连接在一起。使用以模块化布置连接在一起的多个电池壳体可以有利地使得高压电力供应能够用于高功率应用，诸如自动应用(用于电动车辆诸如汽车、小型摩托车或自行车的电池)、计算应用(膝上型计算机、移动智能电话、平板电脑等)、医疗装置等。此外，通过将一个或多个断路器3结合到每个壳体100A-100D中，即使电池单元中的一个或多个由于故障状态而被绕开，电池组仍可以继续递送电流以用于装置运行，并且用户可以通过简单地从电池壳体中移除电池单元并卡入替换的电池单元来替换有缺陷的电池单元，而不中断电流到电负载的供应。
如图12所示，第一壳体100A的第一模块化电池接触部104a可以电连接到第二壳体100B的第二模块化电池接触部104b，第二壳体100B的第一模块化电池接触部104a可以电连接到第三壳体100C的第二模块化电池接触部104b，并且第三壳体100C的第一模块化电池接触部104a可以电连接到第四壳体100D的第二模块化电池接触部104a。相邻壳体的相应的第一模块化电池接触部104a和第二模块化电池接触部104b之间的连接可以在不使用金属接合过程的情况下进行。例如，在一些实施方式中，相邻壳体的模块化电池接触部104a、104b可以卡扣在一起以在相邻壳体之间提供电连接和机械连接。在一些实施方式中，相邻电池壳体的模块化电池接触部104a、104b可以滑动连接互锁以提供相邻壳体之间的电连接和机械连接。在一些实施方式中，用户可以选择将相邻壳体的模块化电池接触部104a、104b焊接或钎焊在一起。在多种实施方式中，每个壳体100A-100D的壳体本体101可以包括多种机械锁定特征以提供相邻的电池壳体之间的机械接合。尽管图12中示出了四个壳体100A-100D，但应该理解的是，任何合适数量的电池壳体可以彼此连接。当组装串120时，最外面的电模块化电池接触部(例如，图12中的壳体100A的第二模块化电池接触部104b和壳体100D的第一模块化电池接触部104a)可以电连接到期望的电负载(例如电动机)以向其提供电力。
图13A是根据多种实施方式的包括一串120串联连接的电池壳体100A-100C的电池组的示意性电路图。除非另有说明，否则图13A中所示的附图标记代表与图1A-12中所示的那些部件相同或相似的部件。如本文所解释的，多个电池壳体100A-100C可以串联连接在一起。将壳体100A-100C串联连接在一起可以有利地增加可用于供应至电负载的电能的总量。例如，图13A中示出了三个壳体100A-100C，其中每个壳体100A-100C包括两个单元114a、114b。如果每个单元114a、114b具有电压V，则如所示的一串120串联连接的六个电池单元供应6V的电压。壳体的模块化使得能够将多个电池用于具有高电力需求的应用。如果电池单元中的一个发生故障，则相关联的断路器3a、3b可以有利地绕着发生故障的电池单元路由(route，为…规定路线)电流的大部分以向较大型系统提供电力。壳体100A-100C的卡扣配合连接使得用户能够容易地移除和更换发生故障的电池单元。此外，如图13A所示，电池管理系统(BMS)可以连接到与电池单元的选定端子(例如，负极端子)电耦接的相应的第一连接器135a和第二连接器135b。如本文所解释的，BMS可以监测每个电池单元的电压，并且可以警告用户是否特定单元的电压上升或下降到不期望的水平。例如，在一些实施方式中，BMS可以确定一个或多个电池单元是否由于例如开关处于故障状态而已被绕开。
图13B是根据多种实施方式的包括一组122并联连接的电池壳体100A-100B的电池组的示意性电路图。除非另有说明，否则图13B中所示的附图标记代表与图1A-12中所示的那些部件相同或相似的部件。与图13A的实施方式不同，在图13B中，两个电池壳体100A和100B并联连接。如果来自第一壳体100A的电池单元中之一发生故障(例如单元114a)，则断路器3a可以绕开单元114a并将电流供应至第二单元114b和较大型电气系统。另外，与图13A一样，如上面所解释的，BMS可以电连接到相应的第一连接器135a和第二连接器135b以监测每个电池单元的电压。
图13B所示布置的一个挑战是，如果一个单元发生故障并被断路器绕开，则所得到的布置会包括与两个单元并联的一个单元。由此产生的两个串上的电压的不平衡可能损坏保持运行的电池，和/或可能降低较大型电气系统的性能。在一些实施方式中，可以通过在每个并联串中提供二极管(例如，肖特基型二极管)来解决这种电压不平衡，以防止通过单元的反向偏置。在一些实施方式中，可以通过在每个串中提供晶体管(例如，p-通道MOSFET)来解决潜在的电压不平衡，该晶体管可以起类似于二极管的作用以防止或减少通过单元的反向偏置。
图14是包括一串120彼此串联连接的单元114a-114e并具有降压-升压转换器130的电池组的示意性系统图。单元114a-114e可以与本文公开的任何电池壳体100耦接，或者可以以任何其他合适的方式连接在一起。降压-升压转换器130可以包括将串120的输出电压保持在可接受的电压范围内的DC到DC转换结构。例如，如果单元114a-114e中的一个被断路器从串中绕开，则串120的总电压会下降等于被绕开的单元所供应的电压的量。降压-升压转换器130可以有利地将串120的输出保持在期望的电压范围内。例如，如图14所示，如果每个单元114a-114e供应3.6V的电压，则串120通常会总共供应18V。如果单元中的一个被绕开，则所供应的电压会下降至总共14.4V。即使一个或多个单元被绕开，降压-升压转换器130也可以将串120的总输出保持在18V。
如本文所解释的，当一个或多个单元由于故障状况而被断路器绕开时，被绕开的单元不会中断供应至其他单元和电负载的电流。当过电流和/或超温故障状态消退时，断路器可以复位并返回到正常运行状态，如上面结合图1A-7所解释的。此外，使用简单的卡扣配合连接，用户可以容易地移除和用新单元更换被绕开和损坏的单元，该卡扣配合连接提供新单元与壳体的电连接和机械连接。在多种实施方式中，可以提供蓄电池监测系统，其确定电池在使用期间是否被绕开。电池监测系统可以向用户发送信号以警告用户应该更换一个或多个单元。为了促进使用电池监测或管理系统(BMS)，可以将端子或接触点结合到模块化电池壳体中，这促进BMS连接到每个单元之间的电路中的点。使用本文公开的可以集成到用于电池或电池组的壳体中以自动监测超温和/或过电流故障状态的断路器可以有利地降低在壳体水平而不是在电池单元本身内提供断路器的成本。消除用于每个单元的断路器可以降低系统的总体成本，同时增加系统的相对于省略断路器的安全性。此外，利用本文公开的断路器还可以减少对昂贵的热管理系统诸如液体冷却系统的需求。在一些实施方式中，一个或多个发热元件例如PPTC元件可以结合到壳体中以改善电池的性能，特别是在寒冷的环境中。
尽管已经在某些实施方式和实例的背景下公开了本发明，但本领域技术人员将会理解，本发明超出具体公开的实施方式延伸到该发明的其他替代实施方式和/或用途，以及明显的修改物和其等价物。另外，虽然已经显示和详细描述了本发明的几个变型，但是基于本公开内容在本发明范围内的其他修改对于本领域技术人员而言将是明显的。还可以预想的是，可以进行实施方式的具体特征和方面的多种组合或子组合，并且仍然落入本发明的范围内。应该理解，所公开的实施方式的多种特征和方面可以彼此组合或相互替代以便形成所公开的发明的不同模式。因而，本文公开的本发明的范围旨在不应被上述具体公开的实施方式所限制，而是应该仅通过公正地阅读下面的权利要求来确定。

Claims (61)

1.一种对故障状态为响应性的电断路器，所述断路器包括：
第一端子；
第二端子；
第三端子；以及
热启动开关，所述热启动开关设置在所述第一端子与所述第二和第三端子之间，其中，所述开关具有正常运行状态，在所述正常运行状态下，所述第一端子电连接到所述第二端子，并且所述开关具有故障状态，在所述故障状态下，所述第一端子电连接到所述第二端子和所述第三端子二者，使得在故障状态下，电流的大部分在所述第一端子和所述第三端子之间流动，并且电流的少部分在所述第一端子和所述第二端子之间流动。
2.根据权利要求1所述的断路器，还包括：在所述第一端子与所述第二端子之间的正温度系数(PTC)电阻器。
3.根据权利要求2所述的断路器，其中，所述热启动开关包括与所述PTC电阻器接触的双金属切换元件。
4.根据权利要求3所述的断路器，其中，所述双金属切换元件为圆顶形。
5.根据权利要求3至4中任一项所述的断路器，其中，所述热启动开关包括电连接到所述第一端子和所述双金属切换元件的可移动臂。
6.根据权利要求5所述的断路器，其中，当所述开关处于所述正常运行状态时，所述可移动臂电连接到所述第二端子。
7.根据权利要求6所述的断路器，其中，随着所述开关从所述正常运行状态变动到所述故障状态，所述双金属切换元件在形状上倒置。
8.根据权利要求7所述的断路器，其中，所述双金属切换元件的倒置使所述可移动臂枢转或弯折以电连接到所述第三端子。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的断路器，其中，所述开关被配置为：当所述热启动开关的温度上升到第一阈值温度以上时，从所述正常运行状态变动到所述故障状态。
10.根据权利要求9所述的断路器，其中，所述开关被配置为：当所述热启动开关的温度下降到第二阈值温度以下时，从所述故障状态返回到所述正常运行状态，所述第二阈值温度低于所述第一阈值温度。
11.根据权利要求9至10中任一项所述的断路器，其中，所述第一阈值温度在65℃至85℃的范围内。
12.根据权利要求11所述的断路器，其中，所述第一阈值温度在70℃至80℃的范围内。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的断路器，其中，所述第二阈值温度在30℃至60℃的范围内。
14.根据权利要求13所述的断路器，其中，所述第二阈值温度在40℃至55℃的范围内。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的断路器，其中，所述开关被配置为使得：在所述开关从所述正常运行状态变动到所述故障状态之后，所述开关不会自动地变动回到所述正常运行状态。
16.根据权利要求2至9中任一项所述的断路器，其中，所述PTC电阻器设置在所述第一端子与所述第二端子之间。
17.根据权利要求2至9中任一项所述的断路器，其中，所述PTC电阻器包括陶瓷PTC电阻器。
18.一种装置，包括：
用于电池的彼此串联连接的多个单元，所述多个单元中的每一个单元都具有第一电池单元端子和第二电池单元端子；以及
电断路器，所述电断路器连接到所述多个单元中的选定单元的所述第一电池单元端子，所述电断路器包括：
第一端子；
第二端子；
第三端子；以及
开关，所述开关设置在所述第一端子与所述第二和第三端子之间，其中，所述开关具有正常运行状态，在所述正常运行状态下，所述第一端子电连接到所述第二端子，并且所述开关具有故障状态，在所述故障状态下，所述第一端子电连接到所述第二端子和所述第三端子二者；以及
旁路电路，所述旁路电路将所述第三端子与所述选定单元的所述第二电池单元端子电连接，使得在故障状态下，电流的大部分在所述第一端子和所述第三端子之间流动以提供绕所述选定单元的分流，并且电流的少部分在所述第一端子和所述第二端子之间流动。
19.根据权利要求18所述的装置，还包括：在所述第一端子与所述第二端子之间的正温度系数(PTC)电阻器。
20.根据权利要求18或19所述的装置，其中，所述开关包括热启动开关。
21.根据权利要求20所述的装置，其中，所述热启动开关包括双金属切换元件。
22.根据权利要求18至21中任一项所述的装置，其中，所述开关被配置为：当所述热启动开关的温度上升到第一阈值温度以上时，从所述正常运行状态变动到所述故障状态。
23.根据权利要求22所述的装置，其中，所述开关被配置为：当所述热启动开关的温度下降到第二阈值温度以下时，从所述故障状态返回到所述正常运行状态，所述第二阈值温度低于所述第一阈值温度。
24.根据权利要求22至23中任一项所述的装置，其中，所述第一阈值温度在65℃至85℃的范围内。
25.根据权利要求24所述的装置，其中，所述第一阈值温度在70℃至80℃的范围内。
26.根据权利要求23至25中任一项所述的装置，其中，所述第二阈值温度在30℃至60℃的范围内。
27.根据权利要求26所述的装置，其中，所述第二阈值温度在40℃至55℃的范围内。
28.根据权利要求18至27中任一项所述的装置，其中，所述开关被配置为使得：在所述开关从所述正常运行状态变动到所述故障状态之后，所述开关不能变动回到所述正常运行状态。
29.根据权利要求18至28中任一项所述的装置，还包括电池壳体，所述电池壳体的大小和形状被设计成接收用于电池的一个或多个单元，所述电断路器与所述电池壳体集成。
30.一种电池壳体，包括：
壳体本体，所述壳体本体限定了一个或多个腔，所述一个或多个腔的大小和形状被设计成接收用于电池的单元；
断路器，所述断路器与所述壳体本体耦接，所述断路器包括开关；
第一电导体，所述第一电导体位于所述壳体本体的第一端部部分处并且电连接到所述开关，所述第一电导体被配置为电连接到所述单元的第一电极；
第二电导体，所述第二电导体位于所述壳体本体的第二端部部分处，所述第二电导体被配置为电连接到所述单元的第二电极，以在所述第一电导体和所述第二电导体之间限定第一电路径；以及
旁路导体，所述旁路导体与所述壳体本体耦接，所述旁路导体电连接到所述开关和所述第二电导体，以在所述开关和所述第二电导体之间限定第二电路径。
31.根据权利要求30所述的电池壳体，其中，所述开关具有正常运行状态，在所述正常运行状态下，电流沿着所述第一电导体和所述第二电导体之间的所述第一电路径流动，并且所述开关具有故障状态，在所述故障状态下，电流的至少大部分绕开所述单元并沿着所述开关与所述第二电导体之间的所述第二路径流动。
32.根据权利要求31所述的电池壳体，其中，在所述故障状态下，电流的少部分沿着所述第一路径流动。
33.根据权利要求30至32中任一项所述的电池壳体，其中，所述断路器包括：
第一端子；
第二端子；以及
第三端子，
其中，所述开关包括设置在所述第一端子与所述第二和第三端子之间的热启动开关，其中，所述开关具有正常运行状态，在所述正常运行状态下，所述第一端子电连接到所述第二端子，并且所述开关具有故障状态，在所述故障状态下，所述第一端子电连接到所述第二端子和所述第三端子二者，使得在故障状态下，电流的大部分在所述第一端子和所述第三端子之间流动，并且电流的少部分在所述第一端子和所述第二端子之间流动。
34.根据权利要求33所述的断路器，还包括：在所述第一端子与所述第二端子之间的正温度系数(PTC)电阻器。
35.根据权利要求34所述的断路器，其中，所述热启动开关包括与所述PTC电阻器接触的双金属切换元件。
36.根据权利要求30至35中任一项所述的电池壳体，其中，所述断路器设置在所述壳体本体的所述第一端部部分处。
37.根据权利要求30至36中任一项所述的电池壳体，其中，所述旁路导体沿着所述壳体本体的壁从所述第一端部部分延伸至所述第二端部部分。
38.根据权利要求30至37中任一项所述的电池壳体，其中，所述一个或多个腔的尺寸被设计为使得所述单元通过无工具连接的方式电连接且机械连接到所述电池壳体。
39.根据权利要求38所述的电池壳体，其中，所述一个或多个腔的大小和形状被设计为以卡扣配合连接的方式接收所述单元，所述卡扣配合连接使所述单元机械连接且电连接到所述电池壳体。
40.根据权利要求30至39中任一项所述的电池壳体，还包括所述单元，所述单元设置在所述一个或多个腔中。
41.根据权利要求30至40中任一项所述的电池壳体，其中，所述一个或多个腔的大小和形状被设计为接收第二单元，所述电池壳体还包括：
第二断路器，所述第二断路器与所述壳体本体耦接，所述第二断路器包括第二开关；
第三电导体，所述第三电导体位于所述壳体本体的第二端部部分处并且电连接到所述第二开关，所述第三电导体被配置为电连接到所述第二单元的第一电极；
第四电导体，所述第四电导体位于所述壳体本体的第一端部部分处，所述第四电导体被配置为电连接到所述第二单元的第二电极，以在所述第三电导体和所述第四电导体之间限定第三电路径；以及
第二旁路导体，所述第二旁路导体与所述壳体本体耦接，所述第二旁路导体电连接到所述第二开关和所述第四电导体，以在所述第二开关和所述第四电导体之间限定第四电路径。
42.根据权利要求30至41中任一项所述的电池壳体，还包括：第一模块化电池端子，所述第一模块化电池端子被配置为提供与外部部件的电连通，以及将所述模块化电池端子电连接到所述开关的第三电导体，所述第一模块化电池端子设置在所述壳体本体的第一壁的外表面上。
43.根据权利要求42所述的电池壳体，还包括：第二模块化电池端子，所述第二模块化电池端子被配置为提供与第二外部部件的电连通，所述第二模块化电池端子设置在所述壳体本体的第二壁的第二外表面上。
44.根据权利要求31至43中任一项所述的电池壳体，还包括：与所述电池壳体电连通的电池监测系统，所述电池监测系统被配置为确定所述开关是否处于所述故障状态。
45.一种电池组，包括彼此电连接的多个电池壳体，所述多个电池壳体中的每个电池壳体包括权利要求30至44中任一项所述的电池壳体。
46.根据权利要求45所述的电池组，其中，所述多个电池壳体串联连接。
47.根据权利要求45所述的电池组，其中，所述多个电池壳体并联连接。
48.根据权利要求45至47中任一项所述的电池组，还包括：与所述多个电池壳体电连通的降压-升压转换器，所述降压-升压转换器被配置为调节所述电池组的输出电压。
49.一种被配置为接收用于电池的单元的电池壳体，所述电池壳体包括：
三端断路器，所述三端断路器与所述电池壳体集成，所述三端断路器具有正常运行状态和故障状态；
在所述断路器处于正常运行状态时的通过所述单元的主电流路径；以及
旁路电流路径，所述旁路电流路径被配置为当所述断路器处于所述故障状态时绕开所述单元。
50.根据权利要求49所述的电池壳体，其中，在所述故障状态下，电流的少部分沿着所述主电流路径流动，并且电流的大部分沿着所述旁路电流路径流动。
51.根据权利要求49至50中任一项所述的电池壳体，还包括所述单元，所述单元设置在所述电池壳体的腔中。
52.根据权利要求49至51中任一项所述的电池壳体，还包括：第一模块化电池端子，所述第一模块化电池端子被配置为提供与外部部件的电连通，所述第一模块化电池端子设置在所述电池壳体的第一壁的外表面上。
53.根据权利要求52所述的电池壳体，还包括：第二模块化电池端子，所述第二模块化电池端子被配置为提供与第二外部部件的电连通，所述第二模块化电池端子设置在所述壳体本体的第二壁的第二外表面上。
54.根据权利要求49至53中任一项所述的电池壳体，其中，所述电池壳体的大小和形状被设计成通过无工具连接的方式机械连接且电连接到所述单元。
55.根据权利要求54所述的电池壳体，其中，所述无工具连接包括卡扣配合连接。
56.一种被配置为接收用于电池的单元的电池壳体，所述电池壳体包括：
断路器，所述断路器与所述电池壳体集成，所述断路器具有正常运行状态和故障状态；
第一单元接触部和第二单元接触部，所述第一单元接触部和第二单元接触部被配置为电连接到所述单元的对应的第一端子和第二端子，所述断路器与所述第一单元接触部电连接；以及
腔，所述腔的大小和形状被设计成在所述第一单元接触部和第二单元接触部之间接收所述单元，
其中，所述第一和第二单元接触部的尺寸以及所述腔的尺寸被设计成使得所述单元通过无工具连接的方式电连接且机械连接到所述电池壳体。
57.根据权利要求56所述的电池壳体，其中，所述无工具连接包括卡扣配合连接。
58.根据权利要求56至57中任一项所述的电池壳体，还包括：在所述断路器处于所述正常运行状态时的通过所述单元的主电流路径；以及被配置为当所述断路器处于所述故障状态时绕开所述单元的旁路电流路径。
59.根据权利要求58所述的电池壳体，其中，在所述故障状态下，电流的大部分沿着所述旁路电流路径流动，并且电流的少部分沿着所述主电流路径流动。
60.一种被配置为接收用于电池的多个单元的电池壳体，所述电池壳体包括：
腔，所述腔的大小和形状被设计成接收所述多个单元；
多个单元接触部，所述多个单元接触部位于所述电池壳体上，每个单元接触部都被配置为电连接到所述多个单元中的对应单元的对应端子；
多个断路器，所述多个断路器与所述电池壳体集成，所述多个断路器中的每个断路器都具有正常运行状态和故障状态，
其中，所述多个断路器中的每个断路器都电连接到所述多个单元接触部中的对应的单元接触部。
61.根据权利要求60所述的电池壳体，其中，在所述故障状态下，电流的大部分绕开所述多个单元中的对应的单元，并且电流的少部分通过所述对应的单元。
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